Факторы, влияющие на качество крепежных изделий
при их массовом производстве
УДК 621.777
О.Г. ЛУКША, А.В. НАПАЛКОВ, С.И. АГАПОВ
Совершенствование и разработка новых крепежных изделий неизменно связано с факторами определяющими их высокое качество. Высококачественные крепежные изделия должны быть одновременно прочными, надежными и долговечными.
Большая часть массового производства крепежных изделий изготавливается методами холодной обработкой металлов давлением. Известно, металл и металлопрокат, предназначенный для пластического формообразования крепежных изделий, должен соответствовать заданным в нормативно-технических документах техническим условиям. Однако даже соблюдение всех технических условий и рекомендаций по механическим свойствам, проведению испытаний на осадку и по макро-, микроструктуре еще не гарантирует отсутствие брака металлоизделий при обработке давлением.
Основным фактором, снижающим качество крепежных изделий при их производстве, является локальное перенапряжение металла и образование трещин во время штамповки или других формообразующих операций, либо при термической обработке. Трещины это чистый (прозрачный) разрыв-несплошность, проходящая по или через границы зерен. Неудовлетворительное качеством обрабатываемой поверхности металла с закатами и волосовинами, возникшие при прокатке и последующем волочении, в процессе пластического формообразования приводят к разрывам, идущим параллельно направлению движения высадочного инструмента, рис 1.
Присутствие зон ликвации в металле, предназначенном для холодной высадки и штамповки может быть основной причиной возникновения деформационных трещин, особенно при холодной штамповке изделий типа «гайка».
Возникновение разрывов на высаженных деталях является следствием низкой пластичности деформируемого металла. Разрывы могут появится в процессе высадки на гранях и углах головок винтов и болтов, по периферии цилиндрических и фланцевых головок, по фаске на головке, по опорной поверхности, под головкой, на пересечении двух боковых граней головки, рис. 2.
Внутренние трещины заслуживают особого внимания, поскольку дефект обнаруживается, в большинстве случаев, только при эксплуатации в момент разрушения крепежных деталей и разъединения частей механизмов или конструкции. Поперечные внутренние трещины могут появится в теле головки детали и выйти на поверхность в зонах наибольших деформаций и растягивающих напряжений. Такой дефект не во всех случаях обнаруживается при контрольных механических испытаниях, особенно если трещина не вышла на поверхность. Если трещина образовалась в месте перехода от головки детали к стержню, то уже при предварительной затяжке болтов может произойти отрыв головки.
Швы или продольные складки металла на готовых изделиях представляют собой узкие, прямые или слабоискривленные линии, идущие продольно по резьбе, стержню или головке и возникают уже на металлургических переделах.
Складки металла появляются на поверхности изделия, во внутренних и наружных углах, на или под опорной поверхностью, в процессе высадки или штамповки вследствие смещения металла в результате несоответствия форм и объемов на отдельных этапах формообразования.
Фактор определяющий качество резьбы резьбы, связан с механикой процесса накатывания. Несовпадение путей прохождения рабочих витков инструментов по поверхности заготовки приводит к нарушению симметрии формообразования металла, рис. 3.
Другие известные поверхностные дефекты резьбы, не связанных с механикой процесса накатывания, образуются при выкрашивании вершин витков резьбообразующего инструмента. В случае попадания в зону контакта заготовки и резьбообразующего инструмента различных твердых частиц (мелкая стружка, абразивные частицы) возникают механические повреждения, которые могут быть в охлаждающей жидкости или на поверхности заготовки или инструмента. Вмятины, царапины, забоины, задиры, зазубрены могут образоваться в процессе изготовления детали и вовремя различных манипуляций, например при загрузке. Наличие зон ликвации, выходящих на поверхность, волосовин, или других внутренних дефектов металлургического происхождения приводит к разрушению обрабатываемой детали при накатывании резьбы, рис.4, или при эксплуатации.
При термической обработке качество поверхности металла и металлоизделий зависит от наличия и глубины обезуглероженного слоя, образующийся вследствие выгорания части углерода при нагреве металла под последующую закалку. Обезуглероживание поверхности металла может иметь место как на стадиях прокатки, подготовки металла под высадку, так и при термической обработки на соответствующий класс прочности готовых деталей. Обезуглероживание и окалинообразование существенно снижает механические свойства в поверхностных слоях металла, поверхность становится восприимчива к образованию рисок, задиров, царапин при прокатке, калибровке, высадки и возможен срыв резьбы при механических испытаниях, рис. 5.
Применение эндо- экзогазовых атмосфер при нагреве существенно снижает вероятность образование обезуглероженного слоя.
При высокоскоростном охлаждении на операциях закалки стержневых деталей, особенно с длиной стержня превышающей десять диаметров, происходит искривление, коробление изделия и искажение геометритческих размеров резьбы. Исключить подобный дефект возможно лишь применением изотермической закалки в более вязких закалочных средах.
Закалочные трещины в деформируемом металле могут появляться в процессе закалки в результате возникновения высоких напряжений структурных превращения и температурных напряжений. Закалочные трещины обычно имеют неровную блуждающую траекторию на поверхности крепежной детали, рис. 6.
Основными причинами появления температурных напряжений являются: высокоскоростной нагрев под закалку, быстрое охлаждение в области мартенситного превращения, сложная в плане конфигурация изделия с резкими переходами, значительный временной разрыв между операциями закалки и отпуска.
Наряду с факторами, определяющими снижение качества металлопроката, технологический инструментом и не соблюдение режимов деформационной и термической обработки, необходимо отметить влияние таких факторов как ошибки, допущенные при проектировании инструментальной оснастки, установке, износе, неправильной наладке оборудования или его износе.
Выводы
Таким образом, массовое производство высококачественного крепежа зависит от следующих, определяющих качество изделия, факторов:
-от качества применяемого материала,
-от величины и характера нагрузки,
-от схемы и степени деформирования,
-от режимов термообработки,
-от принципа действия и состояния применяемого инструмента и оборудования.
Список литературы
1. Производство метизов. Шахпахов Х.С., Недовизий И.Н., Ориничев В.И., Тарнавский А.Л., Залялютдинов К.Г., Ведерникова В.И., Ригмант Б.М., Паршина Л.А., Пацекин В.П., Романова Е.М. – М.: Металлургия, 1977. – 392 с.
2. Якушев А.И., Мустаев Р.Х, Мавлютов Р.Р. Повышение прочности и надежности резьбовых соединений. – М.: Машиностроение, 1979. – 215 с., ил.
|
